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WO2018198673A1 - 電動工具 - Google Patents

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Publication number
WO2018198673A1
WO2018198673A1 PCT/JP2018/013675 JP2018013675W WO2018198673A1 WO 2018198673 A1 WO2018198673 A1 WO 2018198673A1 JP 2018013675 W JP2018013675 W JP 2018013675W WO 2018198673 A1 WO2018198673 A1 WO 2018198673A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
brushless motor
advance angle
motor
controller
electric
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/013675
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健 熊倉
谷本　英之
拓家 吉成
慎治 倉賀野
Original Assignee
工機ホールディングス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 工機ホールディングス株式会社 filed Critical 工機ホールディングス株式会社
Priority to US16/608,864 priority Critical patent/US11211894B2/en
Priority to JP2019515182A priority patent/JP7095688B2/ja
Publication of WO2018198673A1 publication Critical patent/WO2018198673A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/40—Regulating or controlling the amount of current drawn or delivered by the motor for controlling the mechanical load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/15—Controlling commutation time
    • H02P6/153—Controlling commutation time wherein the commutation is advanced from position signals phase in function of the speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D47/00—Sawing machines or sawing devices working with circular saw blades, characterised only by constructional features of particular parts
    • B23D47/12—Sawing machines or sawing devices working with circular saw blades, characterised only by constructional features of particular parts of drives for circular saw blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to an electric tool using a commercial AC power source, and more particularly to an electric tool using a brushless motor as a drive source.
  • the smoothing capacitor between the rectifier circuit that rectifies the commercial AC power supply input and the inverter circuit is omitted, or the size is reduced to a small capacity, and the pulsating voltage is applied to the brushless motor.
  • the structure which supplies is known (patent document 1).
  • the present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide an electric tool capable of continuing work even under heavy load by making the electric advance angle of the brushless motor variable.
  • the first aspect of the present invention is a power tool.
  • This electric tool is supplied with a brushless motor, a housing that houses the brushless motor, a controller that controls driving of the brushless motor, and a pulsating voltage obtained by full-wave rectification of an AC power input, and according to a control signal of the controller
  • An inverter circuit for energizing the brushless motor wherein the controller can change an electrical advance angle of the brushless motor, and the controller detects a load on the brushless motor, and when the load increases, It is characterized by increasing the advance angle.
  • the second aspect of the present invention is also an electric tool.
  • This electric tool is supplied with a brushless motor, a housing that houses the brushless motor, a controller that controls driving of the brushless motor, and a pulsating voltage obtained by full-wave rectification of an AC power input, and according to a control signal of the controller
  • the electrical advance angle may be switched gradually or instantaneously.
  • the electric advance angle of the brushless motor is ⁇ and the number of rotor magnetic poles of the brushless motor is P
  • the motor current reaches a predetermined threshold value
  • the electrical advance angle may be increased within a range satisfying / P.
  • the electrical advance angle ⁇ is set to 60 °. ⁇ ⁇ ⁇ 90 ° may be set.
  • the brushless motor may drive a circular saw blade.
  • the controller may determine the magnitude of the load based on a current flowing through the brushless motor.
  • the controller may increase the electrical advance angle when the load exceeds a threshold value.
  • the electric advance angle of the brushless motor can be made variable so that the operation can be continued even under heavy load.
  • the circuit block diagram which shows embodiment of the electric tool which concerns on this invention.
  • FIG. FIG. The rear view. The same side view.
  • It is a motor current waveform in an embodiment, and (A) is a motor current waveform diagram at an electrical advance angle of 40 degrees, and (B) is a motor current waveform diagram at an electrical advance angle of 80 degrees.
  • the graph which shows the relationship between the motor peak current and motor output at the electrical advance angle of 40 degrees, 60 degrees and 80 degrees.
  • the graph which shows the relationship between the motor speed at the time of electrical advance angle of 40 degree
  • FIG. 1 is an embodiment of an electric power tool according to the present invention, and is a circuit block diagram of a corded portable electric circular saw that receives power supply from an external AC commercial power supply (AC100V commercial power supply).
  • FIG. 3 is a front sectional view for showing the internal structure
  • FIG. 4 is a plan view thereof
  • FIG. 5 is a rear view thereof
  • FIG. 6 is a side view thereof.
  • the portable electric circular saw includes a housing 2 that houses the brushless motor 1, a handle 3 that is provided integrally with the housing 2, and is rotated by the motor 1.
  • a circular saw blade 4 that is attached to the housing 2 and has a shape that covers substantially the upper half of the outer periphery of the circular saw blade 4 and that houses a part of the outer periphery of the circular saw blade 4 and the side surface on the motor 1 side.
  • a base 6 connected to the housing 2 via a saw cover 5, having a bottom surface 6 a slidable on a material to be cut such as wood, and having an opening capable of projecting the circular saw blade 4 downward from the bottom surface 6 a;
  • a centrifugal fan 7 is provided that is fixed to the output shaft 1 a of the motor 1, rotates by driving the motor 1, and cools the motor 1 with fan air generated during rotation.
  • the handle 3 is provided with a switch 3a for switching between starting and stopping of the portable electric circular saw.
  • the portable electric circular saw is provided with a safety cover 17 having a shape covering almost half of the outer periphery of the circular saw blade 4.
  • the safety cover 17 is rotatably held coaxially with the drive shaft 10 of the circular saw blade 4 in the saw cover 5 and can be stored in the saw cover 5, and the safety cover 17 is biased by a biasing means such as a spring (not shown).
  • the rotation position where most part protrudes below the bottom surface 6a of the base 6 and prevents the outer periphery of the circular saw blade 4 from being exposed is the initial state.
  • the front end (right side in FIG.
  • the saw cover 5 as described above is connected to the base 6 so as to sandwich the circular saw blade 4 in the vicinity of both ends in the longitudinal direction of the base 6. Although details are omitted, a mechanism for adjusting the protruding amount of the circular saw blade 4 from the bottom surface of the base 6 by lever operation or the like, and a rotation surface of the circular saw blade 4 with respect to the base 6 (that is, with respect to the base 6). A mechanism for tilting the housing 2 is provided.
  • the portable electric circular saw uses an AC commercial power supply, and the circuit configuration shown in FIG. 1, that is, the power supplied to the brushless motor 1 is used to start and rotate the brushless motor 1.
  • An inverter circuit 20 including a switching element for switching, a controller (control circuit) 30 for controlling the inverter circuit 20, and an AC power source (AC 100 V commercial power source) input from a power cord 25 drawn from the back of the housing 2 through a filter circuit 35
  • the housing 2 includes a full-wave rectifier (diode bridge) 40 that receives and converts it into a pulsating voltage (full-wave rectified waveform voltage) for driving the brushless motor, and a rotation state detecting means 50 that generates a signal according to the rotational position of the brushless motor 1.
  • a rectifying / smoothing circuit 60 that rectifies and smoothes an AC power input and a constant voltage circuit 70 that steps down and stabilizes the DC output voltage are provided in the housing 2 as a driving power source for the controller 30.
  • the constant voltage circuit 70 includes an IPD circuit 71, a capacitor 72, and a regulator 73, and supplies a stabilized driving DC voltage to the controller 30.
  • the brushless motor 1 of FIG. 1 has a rotor 1A, a stator 1B, and a sensor magnet (not shown) integrated with the rotor 1A.
  • the rotor 1A has four magnetic poles on the outer peripheral surface
  • the stator 1B has star windings U, V, and W
  • the brushless motor 1 is a three-phase brushless motor.
  • the AC power supply input is full-wave rectified by a full-wave rectifier 40, converted to a pulsating voltage (full-wave rectified waveform voltage), and supplied to the inverter circuit 20.
  • the inverter circuit 20 includes six switching elements Q1 to Q6 such as FETs connected in a three-phase bridge format. Control signals H1 to H6 from the controller 30 are respectively applied to the gates of the six switching elements Q1 to Q6 that are bridge-connected, and the drains or the sources of the six switching elements Q1 to Q6 are connected in a star connection.
  • the stator windings U, V, and W of the motor 1 are connected.
  • the six switching elements Q1 to Q6 perform a switching operation according to the control signals H1 to H6, and the pulsating voltages supplied to the inverter circuit 20 are set as three-phase (U-phase, V-phase, and W-phase) voltages Vu, Vv, and Vw. Electric power is supplied to the stator windings U, V and W to start and rotate the brushless motor 1.
  • a motor current detection resistor R1 is inserted in the negative side energization path of the inverter circuit 20, and the controller 30 detects the motor current from the voltage drop across the detection resistor R1.
  • the controller 30 includes, for example, a microcomputer.
  • the rotation state detection means 50 has a rotation position detection element 52 (for example, a Hall element) disposed on the substrate 51 of FIG. 3 so as to face a sensor magnet integrated with the rotor 1A of the motor 1. (However, the rotational position detecting element 52 is not shown in FIG. 3). As shown in FIG. 3, the substrate 51 is disposed behind the motor 1 so as to face and oppose the rotor 1 ⁇ / b> A integrated with the sensor magnet. In the case of a three-phase brushless motor, three rotational position detecting elements 52 are arranged at intervals of 60 degrees.
  • the controller 30 receives the rotor position detection signal of the rotational position detection element 52 and transmits control signals H 1 to H 6 for controlling the driving of the motor 1 to the inverter circuit 20.
  • the rotation position detecting element 52 is disposed at a position that divides the interval between adjacent magnetic poles of the stator 1B into two equal parts to detect the reversal of the magnetic poles of the rotor 1A.
  • the electrical advance angle is 0 degree when switching the energization of the switching elements Q1 to Q6 at the same timing as the rotational position detection element 52 detects the reversal of the magnetic pole of the rotor 1A.
  • control is performed to switch the energization of the switching elements Q1 to Q6 at an earlier timing, that is, by advancing (increasing) the electrical advance angle.
  • the PWM control can be performed by controlling the conduction period of the high-side switching elements Q1 to Q3 or the low-side switching elements Q4 to Q6 with the control signals H1 to H3 or the control signals H4 to H6 of the controller 30.
  • FIG. 7A shows the motor current waveform of the brushless motor 1 when the full-wave rectified waveform voltage is supplied to the inverter circuit 20 as the pulsating voltage and the electrical advance angle is 40 degrees.
  • a non-energized section is generated due to the induced voltage of the motor 1, the motor current waveform is a sharp waveform, and the current effective value is lower than the current peak value.
  • FIG. 7B shows the motor current waveform of the brushless motor 1 when the full-wave rectified waveform voltage is supplied to the inverter circuit 20 and the electrical advance angle is 80 degrees.
  • the motor current also flows in the non-energized section when the electrical advance angle is 40 degrees, the current peak value of the motor current waveform decreases, and the effective current value becomes higher than when the electrical advance angle is 40 degrees.
  • the motor peak current with respect to the motor output decreases as the electrical advance angle is increased up to 90 degrees.
  • the electrical advance angle is 90 degrees or more, the current flowing in the non-energized section becomes larger, and the effect of increasing the electrical advance angle is reduced.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the motor peak current and the motor output when the lead angle is 40 degrees, 60 degrees, and 80 degrees.
  • the maximum value of the motor output obtained is larger when the electrical advance angle is 60 degrees than the angle of 40 degrees, and the maximum value of the motor output obtained is greater when the electrical advance angle is 80 degrees than the electrical advance angle of 60 degrees.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the motor rotational speed and the motor current when the brushless motor 1 is controlled at a constant speed by the controller 30 and the electrical advance angle is 40 degrees and 80 degrees.
  • the electrical advance angle is 80 degrees, constant speed control is possible up to a region where the motor current is large.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the motor torque and the motor current when the brushless motor 1 is controlled at a constant speed by the controller 30 and the electrical advance angles are 40 degrees and 80 degrees.
  • the motor current for generating the same torque may be smaller at an advance angle of 40 degrees.
  • the electric advance angle of 80 degrees allows the motor current to flow to a larger area, the maximum torque is 80 degrees. Can be bigger.
  • the controller 30 detects and constantly monitors the motor current flowing through the brushless motor 1, and the motor current is predetermined. 9 (current value slightly lower than the current value at which the rotational speed starts to decrease when the electric advance angle is 40 degrees in FIG. 9), the electric advance angle is increased and the brushless motor 1 is operated at an electric advance angle of 80 degrees. Drive control.
  • the advance angle switching as shown in FIGS. 11 and 12, in the light load region, the brushless motor 1 can be driven and controlled with the same motor current and the larger electric advance angle of 40 degrees with the same motor current. In the region, the brushless motor 1 can be driven and controlled at an electrical advance angle of 80 degrees that can maintain the constant speed rotation even under heavy load by increasing the motor current.
  • the electrical advance angle in addition to the automatic advance of the electrical advance angle by the controller 30, the electrical advance angle can be switched by manual operation of the manual switching means by the operator. Selection of operation modes such as operation start and stop of the portable electric circular saw, automatic switching of the electric advance angle, and manual switching can be performed by the operation panel 9 of FIG. 4 provided on the handle facing surface of the housing 2.
  • the controller 30 sets the electric advance angle to 40 degrees, so that the motor current is lowered and efficient operation is performed. Moreover, in the cutting area where the load is heavy, the controller 30 automatically switches the direction to increase the electric advance angle, that is, the electric advance angle is advanced to 80 degrees, thereby suppressing the motor peak current and providing an overcurrent protection function. The cutting operation is continued while avoiding the work and preventing the occurrence of uneven cutting due to the motor energization stop.
  • the controller 30 can change the electrical advance angle of the brushless motor 1, and the controller 30 detects the motor current flowing through the brushless motor 1 and increases the electrical advance angle when the motor current reaches a predetermined threshold. Since it is configured to perform control, drive control can be performed with a relatively small electrical advance angle (for example, around 40 degrees) with a larger generated torque at the same motor current in the light load region, and further, the motor current can be increased in the heavy load region.
  • the brushless motor 1 can be driven and controlled with a relatively large electrical advance angle (for example, around 80 degrees) that can maintain constant speed rotation even under heavy load.
  • the operator can set the electrical advance angle manually in advance according to the work contents by using the operation panel 9 provided on the eaves housing 2. For this reason, when a heavy load is assumed, the electrical advance angle can be set to around 80 degrees in advance.
  • a full-wave rectified waveform voltage rectified from a commercial AC power supply may be supplied to the inverter circuit 20 and a large smoothing capacitor can be omitted (however, a small-capacitance capacitor may be added), and the device can be downsized. Is possible.
  • FIG. 13 and FIG. 14 show another embodiment of the present invention in which the electrical advance angle is gradually switched from 40 degrees to 80 degrees.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the motor rotation speed and the motor current when the electric advance angle is gradually changed from 40 degrees to 80 degrees
  • FIG. 14 is a torque and motor when the electric advance angle is gradually changed from 40 degrees to 80 degrees. It is a graph which shows the relationship with an electric current.
  • a portable electric circular saw is illustrated as an electric tool, but it can also be applied to a tabletop cutting machine or the like.
  • the electrical advance angle can be changed depending on the application and the structure of the brushless motor.
  • the electrical advance angle at light load is set in the range of 0 to 45 degrees, and the heavy load It is possible to set the electrical advance angle of the hour in the range of 45 degrees to 90 degrees, which is larger than the electrical advance angle of the light load.
  • the electric advance angle of the brushless motor is ⁇ and the number of rotor magnetic poles of the brushless motor is P, when the motor current reaches a predetermined threshold, ⁇ ⁇ 360 ° / P is satisfied. In this case, the electrical advance angle may be increased.
  • the magnitude of the load applied to the motor is determined based on the magnitude of the current flowing through the motor, a value that varies depending on the load on the motor may be used.
  • the load on the motor may be determined by the number of rotations of the motor. You may judge.

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Abstract

ブラシレスモータの電気進角を可変とすることで重負荷時にも作業を続行可能な電動工具を提供する。ブラシレスモータ１と、ブラシレスモータの駆動を制御するコントローラ３０と、交流電源入力を全波整流した脈動電圧の供給を受け、コントローラ３０の制御信号に従ってブラシレスモータ１に通電するインバータ回路２０とを備え、コントローラ３０はブラシレスモータ１の電気進角を変更可能であり、コントローラ３０はブラシレスモータ１に流れるモータ電流を検出し、当該モータ電流が所定の閾値に到達すると、電気進角を大きくする。

Description

電動工具
本発明は、商用交流電源を使用する電動工具に係り、とくにブラシレスモータを駆動源とする電動工具に関するものである。
商用交流電源を使用する電動工具にあっては、商用交流電源入力を整流する整流回路とインバータ回路との間の平滑コンデンサを省略するか、又は小容量として小型化を図り、ブラシレスモータに脈動電圧を供給する構成が知られている（特許文献１）。
ＷＯ２０１６／１５８１３１号公報
特許文献１に記載したような電動工具の場合、モータへ流入する電流量を制限するため、モータ電流のピーク値を検知してピーク値が所定値に達するとモータへの通電を停止する過電流保護機能を有している。このため、重負荷時に発生するモータピーク電流により過電流保護が働いて作業が中断してしまい、丸鋸等の切断工具においては切断面にムラができる等、仕上がりに悪影響を来す可能性があった。
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、ブラシレスモータの電気進角を可変とすることで重負荷時にも作業を続行可能な電動工具を提供することにある。
本発明の第１の態様は電動工具である。この電動工具は、ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータを収容するハウジングと、前記ブラシレスモータの駆動を制御するコントローラと、交流電源入力を全波整流した脈動電圧の供給を受け、前記コントローラの制御信号に従って前記ブラシレスモータに通電するインバータ回路と、を備え、前記コントローラは前記ブラシレスモータの電気進角を変更可能であり、前記コントローラは前記ブラシレスモータへの負荷を検出し、当該負荷が大きくなると、前記電気進角を大きくすることを特徴とする。
本発明の第２の態様も電動工具である。この電動工具は、ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータを収容するハウジングと、前記ブラシレスモータの駆動を制御するコントローラと、交流電源入力を全波整流した脈動電圧の供給を受け、前記コントローラの制御信号に従って前記ブラシレスモータに通電するインバータ回路と、を備え、前記コントローラは前記ブラシレスモータの電気進角を手動切替手段で変更可能であることを特徴とする。
前記第１の態様において、前記電気進角を徐々に又は瞬時に切り替えるとよい。
前記第１の態様において、前記ブラシレスモータの前記電気進角をθとし、前記ブラシレスモータのロータ磁極数をＰとしたとき、前記モータ電流が所定の閾値に到達した場合には、θ＜３６０°／Ｐを満足する範囲内で前記電気進角を大きくするとよい。
前記第１の態様において、前記ブラシレスモータが３相ブラシレスモータであって、前記ロータ磁極数Ｐが４の場合、前記モータ電流が所定の閾値に到達したときに、前記電気進角θを　６０°≦θ＜９０°に設定するとよい。
前記第１又は第２の態様において、前記ブラシレスモータは丸鋸刃を回転駆動するものであるとよい。
前記コントローラは、前記ブラシレスモータに流れる電流によって、前記負荷の大きさを判断するとよい。
前記コントローラは、前記負荷が閾値を超えたときに前記電気進角を大きくするとよい。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明に係る電動工具によれば、ブラシレスモータの電気進角を可変とすることで重負荷時にも作業を続行可能である。
本発明に係る電動工具の実施の形態を示す回路ブロック図。 実施の形態の正面図。 同正断面図。 同平面図。 同背面図。 同側面図。 実施の形態におけるモータ電流波形であって、（Ａ）は電気進角４０度のときのモータ電流波形図、（Ｂ）は電気進角８０度のときのモータ電流波形図。 電気進角４０度、６０度及び８０度のときのモータピーク電流とモータ出力との関係を示すグラフ。 電気進角４０度及び８０度のときのモータ回転数とモータ電流との関係を示すグラフ。 電気進角４０度及び８０度のときのモータトルクとモータ電流との関係を示すグラフ。 定速制御を継続するように電気進角を切り替える場合のモータ回転数とモータ電流との関係を示すグラフ。 定速制御を継続するように電気進角を切り替える場合のモータトルクとモータ電流との関係を示すグラフ。 電気進角を徐々に切り替える場合のモータ回転数とモータ電流との関係を示すグラフ。 電気進角を徐々に切り替える場合のモータトルクとモータ電流との関係を示すグラフ。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
図１は本発明に係る電動工具の実施の形態であって、外部の交流商用電源（ＡＣ１００Ｖ商用電源）から電力供給を受けるコード付き携帯用電気丸鋸の回路ブロック図、図２は携帯用電気丸鋸の正面図、図３は内部構造を示すための同正断面図、図４は同平面図、図５は同背面図、及び図６は同側面図である。ここでは、まず図２乃至図６を用いて実施の形態における携帯用電気丸鋸の構造について説明する。
図２乃至図６において、携帯用電気丸鋸は、ブラシレスモータ１を収容したハウジング２と、ハウジング２に一体的に設けられた、作業者が把持するためのハンドル３と、モータ１により回転駆動される丸鋸刃４と、ハウジング２に取付けられ、丸鋸刃４外周のほぼ上側半分を覆う形状をし、丸鋸刃４の外周及びモータ１側の側面の一部を収納するソーカバー５と、ソーカバー５を介してハウジング２と連結され、木材等の被切断材上を摺動可能な底面６ａを持ち、丸鋸刃４を底面６ａより下方に突出可能な開口部を有するベース６と、モータ１の出力軸１ａに固定して設けられ、モータ１の駆動により回転し、回転時に発生するファン風によってモータ１の冷却を行なう遠心ファン７とを備えている。図６のようにハンドル３には携帯用電気丸鋸の運転開始、停止を切り替えるスイッチ３ａが設けられている。
携帯用電気丸鋸には、丸鋸刃４外周のほぼ半分を覆う形状をしたセーフティーカバー１７が設けられている。セーフティーカバー１７はソーカバー５内において丸鋸刃４の駆動軸１０と同軸上で回動可能に保持され、ソーカバー５内に収納可能で、セーフティーカバー１７は図示しないスプリング等の付勢手段によって付勢されており、大半部分がベース６の底面６ａよりも下方に突出し丸鋸刃４外周が露出するのを防止する回動位置が初期状態となっている。切断作業時には、セーフティーカバー１７の切断方向前方側端部（図６の右側）が被切断材の端部に当接し、その状態で携帯用電気丸鋸が切断方向に摺動することによってスプリングに抗してソーカバー５内に収納されるように回動し、ベース６の底面６ａにおいて丸鋸刃４が露出する。被切断材上面に端面と連続しない切断加工を行う窓抜き作業等の場合には、作業者がレバー操作等でセーフティーカバー１７を回動させベース６の底面６ａにおいて丸鋸刃４を露出させることができる。なお、丸鋸刃４が取り付け固定される駆動軸１０はモータ１の出力軸１ａとギヤ機構を介して連動する。図４に示すように、ハウジング２の後部からは外部の交流商用電源と接続するための電源コード２５が引き出されている。
上記したようなソーカバー５は、ベース６の長手方向両端側付近において丸鋸刃４を挟むようにベース６と連結されている。詳細は省略するが、レバー操作等でベース６底面からの丸鋸刃４の突出量を調整する機構、及びベース６に対して丸鋸刃４の回転面を傾斜させる（つまりベース６に対してハウジング２を傾ける）機構が設けられている。
前述したように、携帯用電気丸鋸は、交流商用電源を利用するものであり、ブラシレスモータ１を起動、回転制御するために図１に示す回路構成、すなわち、ブラシレスモータ１への供給電力をスイッチングするスイッチング素子を含むインバータ回路２０と、これを制御するコントローラ（制御回路）３０と、ハウジング２背面から引き出された電源コード２５からの交流電源（ＡＣ１００Ｖ商用電源）入力をフィルタ回路３５を介して受けてブラシレスモータ駆動用の脈動電圧（全波整流波形電圧）に変換する全波整流器（ダイオードブリッジ）４０、及びブラシレスモータ１の回転位置に応じて信号を発生する回転状態検出手段５０をハウジング２内に有している。また、コントローラ３０への駆動用電源として、交流電源入力を整流平滑する整流平滑回路６０と、この直流出力電圧を降圧しかつ安定化する定電圧回路７０とがハウジング２内に設けられている。定電圧回路７０は、ＩＰＤ回路７１、コンデンサ７２及びレギュレータ７３を含んで構成され、コントローラ３０に安定化された駆動用直流電圧を供給する。
図１のブラシレスモータ１は、ロータ１Ａと、ステータ１Ｂと、ロータ１Ａに一体化されたセンサマグネット（図示せず）とを有している。ロータ１Ａは外周面に４つの磁極を有し、ステータ１Ｂはスター結線されたステータ巻線Ｕ、Ｖ、Ｗを有しており、ブラシレスモータ１は３相ブラシレスモータである。
交流電源入力は全波整流器４０で全波整流され、脈動電圧（全波整流波形電圧）とされてインバータ回路２０に供給される。インバータ回路２０は、３相ブリッジ形式に接続されたＦＥＴ等の６個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を含む。ブリッジ接続された６個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の各ゲートには、コントローラ３０からの制御信号Ｈ１～Ｈ６がそれぞれ印加され、６個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の各ドレインまたは各ソースは、スター結線されたモータ１のステータ巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに接続される。６個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、制御信号Ｈ１～Ｈ６によってスイッチング動作を行い、インバータ回路２０に供給される脈動電圧を３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ，Ｖｗとしてステータ巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに電力を供給して、ブラシレスモータ１を起動、回転させる。インバータ回路２０の負側通電経路にはモータ電流検出抵抗Ｒ１が挿入されており、検出抵抗Ｒ１両端の電圧降下からコントローラ３０はモータ電流を検出する。コントローラ３０は例えばマイクロコンピュータ等を含む。
回転状態検出手段５０は、モータ１のロータ１Ａと一体のセンサマグネットに対面するように、図３の基板５１上に配置された回転位置検出素子５２（例えばホール素子等）とを有している（但し、図３では回転位置検出素子５２の図示は省略）。図３に示すように基板５１はモータ１の背後位置で、センサマグネットが一体化されたロータ１Ａに近接対向する配置である。三相ブラシレスモータの場合、回転位置検出素子５２を６０度間隔で３個配置する。コントローラ３０は回転位置検出素子５２のロータ位置検出信号を受信し、インバータ回路２０にモータ１の駆動を制御する制御信号Ｈ１～Ｈ６を送信する。
一般的にはステータ１Ｂの隣り合う磁極同士の間隔を２等分する位置に回転位置検出素子５２を配置してロータ１Ａの磁極の反転を検出する。この回転位置検出素子５２の配置において、ロータ１Ａの磁極の反転を回転位置検出素子５２で検出するのと同じタイミングでスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の通電の切替を行う場合が電気進角０度であるが、これよりも早いタイミングで、つまり電気進角を進めて（増加させて）スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の通電の切替を行う制御が行われている。なお、ＰＷＭ制御はハイサイドのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ３又はローサイドのスイッチング素子Ｑ４～Ｑ６の導通期間を、コントローラ３０の制御信号Ｈ１～Ｈ３又は制御信号Ｈ４～Ｈ６で制御することで行うことができる。
図７（Ａ）は脈動電圧として全波整流波形電圧をインバータ回路２０に供給した場合で、電気進角４０度のときのブラシレスモータ１のモータ電流波形を示す。この場合、モータ１の誘起電圧に起因して無通電区間が発生し、モータ電流波形は尖った波形で、電流ピーク値に比べて電流実効値は低い値となる。
一方、図７（Ｂ）は同じく全波整流波形電圧をインバータ回路２０に供給した場合で、電気進角８０度のときのブラシレスモータ１のモータ電流波形を示す。この場合、電気進角４０度ときの無通電区間にもモータ電流が流れ、モータ電流波形の電流ピーク値は低下し、電気進角４０度のときと比較して電流実効値は高くなる。なお、電気進角９０度までは電気進角を大きくすればするほどモータ出力に対するモータピーク電流は下がる。但し、電気進角９０度以上は前記無通電区間に流れる電流の方が大きくなり電気進角を大きくする効果は却って減少する。
図８は進角４０度、６０度及び８０度のときのモータピーク電流とモータ出力との関係を示すグラフであり、過電流保護機能によりモータピーク電流の最大値に制約がある場合、電気進角４０度よりも電気進角６０度の方が、得られるモータ出力の最大値が大きく、さらに電気進角６０度よりも電気進角８０度の方が、得られるモータ出力の最大値が大きくなることがわかる。
図９はブラシレスモータ１をコントローラ３０で定速制御した場合において、電気進角４０度及び８０度のときのモータ回転数とモータ電流との関係を示すグラフであり、電気進角４０度よりも電気進角８０度の方がモータ電流が大きい領域にまで定速制御が可能になっている。
図１０はブラシレスモータ１をコントローラ３０で定速制御した場合において、電気進角４０度及び８０度のときのモータトルクとモータ電流との関係を示すグラフである。同一トルクを発生するためのモータ電流は進角４０度の方が小さくて済むが、電気進角８０度の方がモータ電流を、より大きい領域にまで流せるため、最大トルクは電気進角８０度の方が大きくできる。
図７乃至図１０のブラシレスモータ１の電気進角とモータ特性との関係に鑑み、本実施の形態では、コントローラ３０はブラシレスモータ１に流れるモータ電流を検出して常時監視し、モータ電流が所定の閾値（図９において電気進角４０度の場合に回転数が低下し始める電流値よりも少し低い電流値）に到達すると、電気進角を大きくして電気進角８０度でブラシレスモータ１を駆動制御する。このように進角切替の結果、図１１及び図１２に示すように、軽負荷領域では同じモータ電流で発生トルクの大きい方の電気進角４０度でブラシレスモータ１を駆動制御でき、さらに重負荷領域ではモータ電流を大きくして定速回転を重負荷時にも維持できる電気進角８０度でブラシレスモータ１を駆動制御可能である。
なお、本実施の形態では、コントローラ３０による電気進角の自動切替の他に、手動切替手段を作業者が手動操作することによっても電気進角の切替が可能である。携帯用電気丸鋸の運転開始、停止、電気進角の自動切替、手動切換等の動作モードの選択は、ハウジング２のハンドル対向面に設けられた図４の操作パネル９で行うことができる。
以上の実施の形態に示した携帯用電気丸鋸において、切断作業時には、ハンドル３を把持した作業者はベース６の底面６ａを被切断材上に載せた状態でスイッチ３ａをオンとしてブラシレスモータ１を起動し、丸鋸刃４を回転駆動しつつベース６を摺動させて被切断材を切断していく。被切断材に対する通常の切断域ではコントローラ３０で電気進角を４０度に設定することでモータ電流を低く、効率的な運転を行う。また、重負荷となる切断域では電気進角を大きくする方向にコントローラ３０で自動的に切替えて、つまり電気進角を８０度に進めることで、モータピーク電流を抑制して過電流保護機能が働くのを回避し、モータ通電停止に起因する切断ムラの発生を防ぎながら切断動作を継続する。
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
(1) コントローラ３０でブラシレスモータ１の電気進角を変更可能とし、かつコントローラ３０はブラシレスモータ１に流れるモータ電流を検出し、当該モータ電流が所定の閾値に到達すると、電気進角を大きくする制御を行う構成としたので、軽負荷領域では同じモータ電流で発生トルクの大きい方の比較的小さい電気進角（例えば４０度前後）で駆動制御でき、さらに重負荷領域ではモータ電流を大きくして定速回転を重負荷時にも維持できる比較的に大きな電気進角（たとえば８０度前後）でブラシレスモータ１を駆動制御可能である。このため、商用交流電源を整流した全波整流波形電圧をインバータ回路２０に供給した場合であっても、重負荷時におけるモータピーク電流を抑制して過電流保護機能が働くのを回避し、モータ通電停止に起因する不都合を回避できる。
(2) ハウジング２に設けられた操作パネル９で、作業内容に応じて作業者が予め電気進角を手動でも設定でき。このため、重負荷が想定される場合には予め電気進角を８０度前後に設定することができる。
(3) 商用交流電源を整流した全波整流波形電圧をインバータ回路２０に供給すればよく、大型の平滑コンデンサを省略可能で（但し、小容量のコンデンサを付加する場合有り）、装置の小型化が可能である。
本発明の他の実施の形態であって、電気進角を４０度から８０度に向けて徐々に切り替える場合を図１３及び図１４に示す。図１３は電気進角４０度から８０度に徐々に切り替える場合のモータ回転数とモータ電流との関係を示すグラフ、図１４は電気進角４０度から８０度に徐々に切り替える場合のトルクとモータ電流との関係を示すグラフである。電気進角を徐々に変化させることで、モータ電流の急激な変化を抑制可能である。
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
本発明の実施の形態では電動工具として携帯用電気丸鋸を例示したが、卓上切断機等にも適用可能である。
用途やブラシレスモータの構造によって電気進角は変更可能であり、例えばロータが４極の３相ブラシレスモータの場合、軽負荷時の電気進角を０度から４５度の範囲に設定し、重負荷時の電気進角を軽負荷時の電気進角よりも大きい４５度から９０度の範囲に設定することが可能である。
図８からモータピーク電流の最大値において、電気進角６０度でも電気進角４０度のときより出力が増加していることに鑑み、電気進角をθとしたとき、重負荷時は　６０°≦θ＜９０°に設定することも有効である。
さらに、ブラシレスモータの電気進角をθとし、前記ブラシレスモータのロータ磁極数をＰとしたとき、前記モータ電流が所定の閾値に到達した場合には、θ＜３６０°／Ｐを満足する範囲内で電気進角を大きくする構成でもよい。
さらに、モータへかかる負荷の大小の判断に、モータに流れる電流の大きさで判断したが、モータへの負荷によって変化する値を用いてもよく、例えばモータの回転数などによってモータへの負荷を判断しても良い。
１…ブラシレスモータ、１Ａ…ロータ、１Ｂ…ステータ、２…ハウジング、３…ハンドル、４…丸鋸刃、６…ベース、７…遠心ファン、１０…駆動軸、２０…インバータ回路、３０…コントローラ、４０…全波整流器、５０…回転状態検出手段、５２…回転位置検出素子、Ｑ１～Ｑ６…スイッチング素子

Claims (8)

  1. ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータを収容するハウジングと、前記ブラシレスモータの駆動を制御するコントローラと、交流電源入力を全波整流した脈動電圧の供給を受け、前記コントローラの制御信号に従って前記ブラシレスモータに通電するインバータ回路と、を備え、前記コントローラは前記ブラシレスモータの電気進角を変更可能であり、前記コントローラは前記ブラシレスモータへの負荷を検出し、当該負荷が大きくなると、前記電気進角を大きくすることを特徴とする電動工具。
  2. ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータを収容するハウジングと、前記ブラシレスモータの駆動を制御するコントローラと、交流電源入力を全波整流した脈動電圧の供給を受け、前記コントローラの制御信号に従って前記ブラシレスモータに通電するインバータ回路と、を備え、前記コントローラは前記ブラシレスモータの電気進角を手動切替手段で変更可能であることを特徴とする電動工具。
  3. 前記電気進角を徐々に又は瞬時に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
  4. 前記ブラシレスモータの前記電気進角をθとし、前記ブラシレスモータのロータ磁極数をＰとしたとき、前記モータ電流が所定の閾値に到達した場合には、θ＜３６０°／Ｐを満足する範囲内で前記電気進角を大きくすることを特徴とする請求項１又は３に記載の電動工具。
  5. 前記ブラシレスモータが３相ブラシレスモータであって、前記ロータ磁極数Ｐが４の場合、前記モータ電流が所定の閾値に到達したときに、前記電気進角θを　６０°≦θ＜９０°に設定する請求項４に記載の電動工具。
  6. 前記ブラシレスモータは丸鋸刃を回転駆動することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電動工具。
  7. 前記コントローラは、前記ブラシレスモータに流れる電流によって、前記負荷の大きさを判断することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電動工具。
  8. 前記コントローラは、前記負荷が閾値に到達したときに前記電気進角を大きくすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電動工具。
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